Guía de Características Instalación Operación y Puesta en Marcha de los Transformadores Secos de la Serie SC

Los transformadores de seco hacen referencia a los transformadores de potencia en los que el núcleo y las bobinas no están sumergidos en aceite. En su lugar, las bobinas y el núcleo se unen (típicamente con resina epoxi) y se enfrián mediante la convección natural del aire o el enfriamiento forzado por aire. Como un tipo relativamente nuevo de equipo de distribución de energía, los transformadores de seco se han utilizado ampliamente en sistemas de transmisión y distribución de energía en talleres industriales, edificios altos, centros comerciales, aeropuertos, puertos, metros y plataformas petroleras offshore. También pueden combinarse con gabinetes de interruptores para formar subestaciones prefabricadas compactas e integradas.

Actualmente, la mayoría de los transformadores de potencia de seco producidos en China son unidades trifásicas de la serie SC solidificadas, como: la serie SCB9 de transformadores trifásicos de bobinado, la serie SCB10 de transformadores trifásicos de bobinado en lámina, y la serie SCB9 de transformadores trifásicos de bobinado en lámina. Sus tensiones nominal generalmente van desde 6 kV hasta 35 kV, con capacidades máximas que alcanzan los 25 MVA. Este documento se centrará en los transformadores de seco trifásicos de la serie SC para proporcionar una explicación detallada de sus características y procedimientos de instalación/puesta en marcha.

1. Características de los Transformadores de Seco

En comparación con los transformadores sumergidos en aceite, los transformadores de seco no contienen aceite, eliminando así los riesgos de incendio, explosión y contaminación. Por lo tanto, los códigos y regulaciones eléctricas no requieren que los transformadores de seco se instalen en una sala separada. Especialmente en las series más recientes, las pérdidas y los niveles de ruido se han reducido a nuevos mínimos, lo que hace factible instalar el transformador en la misma sala de distribución que los tableros de baja tensión.

1.1 Sistema de Control de Temperatura de los Transformadores de Seco
La operación segura y la vida útil de un transformador de seco dependen en gran medida de la seguridad y confiabilidad del aislamiento de las bobinas. El fallo del aislamiento causado por temperaturas de las bobinas que superan el límite térmico de resistencia del aislamiento es una de las principales razones para la operación anormal del transformador. Por lo tanto, monitorear la temperatura de operación del transformador e implementar funciones de alarma y control es extremadamente importante.

1.2 Métodos de Protección de los Transformadores de Seco
Dependiendo de las condiciones ambientales y los requisitos de protección, los transformadores de seco pueden equiparse con diferentes cajas. Se seleccionan comúnmente cajas con clasificación IP23, que previenen la entrada de objetos sólidos extranjeros mayores de 12 mm y animales pequeños como ratas, serpientes, gatos y pájaros, evitando fallos graves como cortocircuitos y apagones, proporcionando así una barrera de seguridad para las partes vivas. Si el transformador debe instalarse al aire libre, se puede utilizar una caja IP23; además de la protección ofrecida por IP20, también previene la caída de gotas de agua a ángulos de hasta 60° respecto a la vertical. Sin embargo, una caja IP23 reduce la capacidad de enfriamiento del transformador, por lo que se debe prestar atención a la reducción de su capacidad de operación en consecuencia.

1.3 Métodos de Enfriamiento de los Transformadores de Seco
Los transformadores de seco utilizan dos métodos de enfriamiento: el enfriamiento natural por aire (AN) y el enfriamiento forzado por aire (AF). Bajo el enfriamiento natural por aire, el transformador puede operar continuamente a su capacidad nominal. Bajo el enfriamiento forzado por aire, la capacidad de salida del transformador puede aumentar en un 50%. Este modo es adecuado para la operación sobrecargada intermitente o condiciones de sobrecarga de emergencia. Sin embargo, durante la operación sobrecargada, las pérdidas por carga y el voltaje de impedancia aumentan significativamente, resultando en una operación ineficiente; por lo tanto, se debe evitar la operación sobrecargada continua prolongada.

1.4 Capacidad de Sobrecarga de los Transformadores de Seco
La capacidad de sobrecarga de un transformador de seco depende de la temperatura ambiente, la condición de carga antes de la sobrecarga (carga inicial), el rendimiento de disipación de calor del aislamiento y la constante térmica. Si es necesario, el fabricante puede proporcionar una curva de sobrecarga para el transformador de seco. Actualmente, la capacidad de producción anual de transformadores de seco aislados con resina en China ha alcanzado 10,000 MVA, convirtiéndose en uno de los mayores productores y consumidores de transformadores de seco del mundo. 

Con la adopción generalizada de transformadores de la serie SC(B)9 de bajo ruido (para transformadores de distribución ≤2500 kVA, el ruido se controla por debajo de 50 dB) y ahorro de energía (que reduce las pérdidas sin carga hasta en un 25%), las especificaciones de rendimiento y la tecnología de fabricación de los transformadores de seco en China han alcanzado niveles avanzados a nivel mundial.

2. Instalación y Puesta en Marcha de los Transformadores de Seco

2.1 Inspección Antes de la Instalación (Al Desempacar)
Verifique si el empaque está intacto. Después de desempacar el transformador, verifique que los datos de la placa de identificación coincidan con los requisitos de diseño, que toda la documentación de fábrica esté completa, que el transformador en sí no tenga daños ni signos de daño externo, que los componentes no se hayan movido ni dañado, que las partes de soporte eléctrico o los cables de conexión no estén dañados, y finalmente, confirme que las piezas de repuesto no estén dañadas ni faltantes.

2.2 Instalación del transformador
Primero, inspeccione la fundación del transformador y verifique si las placas de acero incrustadas están niveladas. No debe haber vacíos debajo de las placas de acero para asegurar una buena resistencia sísmica y un buen rendimiento de absorción de sonido de la fundación; de lo contrario, el nivel de ruido del transformador instalado aumentará. Luego, use rodillos para mover el transformador a su posición de instalación, retire los rodillos y ajuste con precisión el transformador a su ubicación diseñada, asegurándose de que el error de nivelación cumpla con los requisitos de diseño. Finalmente, suelde cuatro secciones cortas de canal de acero cerca de las cuatro esquinas de la base del transformador a las placas de acero incrustadas para evitar desplazamientos durante la operación.

2.3 Conexión del transformador
Durante la conexión, mantenga el espacio mínimo requerido entre las partes vivas y entre las partes vivas y el suelo, especialmente la distancia entre los cables y el devanado de alta tensión. Las barras colectoras de baja tensión de alta corriente deben ser soportadas de forma independiente y no deben conectarse directamente a los terminales del transformador, ya que esto crearía una tensión mecánica y torsión excesivas. Cuando la corriente supere los 1000 A (por ejemplo, la barra colectora de baja tensión de 2000 A utilizada en este proyecto), se debe instalar una conexión flexible entre la barra colectora y el terminal del transformador para compensar la expansión y contracción térmica del conductor e aislar la vibración entre la barra colectora y el transformador. Todas las conexiones eléctricas deben mantener una presión de contacto adecuada y deben usar elementos elásticos (como resortes en disco o arandelas resorte). Cuando se aprieten los pernos de conexión, se debe utilizar una llave dinamométrica, siguiendo los valores de par recomendados por el fabricante como se muestra en la Tabla 1:

2.4 Aterrizaje del transformador
El punto de aterrizaje del transformador se encuentra en la base del lado de baja tensión, con un perno de aterrizaje dedicado y marcado con un símbolo de aterrizaje. El transformador debe estar conectado de manera fiable al sistema de aterrizaje protector a través de este punto. Cuando el transformador está equipado con una carcasa, la carcasa debe estar conectada de manera fiable al sistema de aterrizaje. En caso de un sistema trifásico de cuatro hilos en el lado de baja tensión, el conductor neutro también debe estar conectado de manera fiable al sistema de aterrizaje.

2.5 Inspección previa a la operación
Verifique que todos los elementos de fijación estén seguros y no estén sueltos, que todas las conexiones eléctricas sean correctas y fiables, y que los espacios de aislamiento entre partes vivas y entre partes vivas y tierra cumplan con las especificaciones. No debe haber objetos extraños cerca del transformador, y las superficies de las bobinas deben estar limpias.

2.6 Pruebas previas a la puesta en marcha

• Verifique la relación de voltaje y la designación del grupo de conexión del transformador. Mida la resistencia DC de los devanados de alta y baja tensión y compare los resultados con los datos de prueba de fábrica del fabricante.

• Compruebe la resistencia de aislamiento entre los devanados y entre los devanados y el suelo. Si la resistencia de aislamiento medida es significativamente inferior a los valores de fábrica, indica que el transformador ha absorbido humedad. Si la resistencia de aislamiento cae por debajo de 1000 Ω/V (de tensión de funcionamiento), el transformador debe someterse a un tratamiento de secado.

• La tensión de prueba para la prueba de resistencia dieléctrica debe cumplir con las especificaciones pertinentes. Al realizar una prueba de resistencia dieléctrica de baja tensión, el sensor de temperatura TP100 debe ser retirado e instalado inmediatamente después de la prueba.

• Si el transformador está equipado con ventiladores de enfriamiento, enciéndalos para verificar su funcionamiento normal.

2.7 Operación de prueba
Después de una inspección exhaustiva previa a la energización, el transformador puede ser energizado para la operación de prueba. Durante este período, se debe prestar especial atención a lo siguiente:

• Cualquier sonido, ruido o vibración anormal;

• Cualquier olor inusual como olor a quemado;

• Cualquier cambio de color causado por un calentamiento localizado;

• Adecuación de la ventilación y circulación de aire.

Además, se deben tener en cuenta los siguientes puntos:

En primer lugar, aunque los transformadores de tipo seco tienen buena resistencia a la humedad, su estructura generalmente abierta aún los hace susceptibles a la entrada de humedad, especialmente los transformadores de tipo seco fabricados en China, que a menudo utilizan niveles de aislamiento más bajos. Por lo tanto, para una mayor fiabilidad, los transformadores de tipo seco deben operar en entornos con una humedad relativa inferior al 70%. También se debe evitar el almacenamiento inactivo a largo plazo para prevenir la absorción grave de humedad. Si la resistencia de aislamiento cae por debajo de 1000 Ω/V (de tensión de funcionamiento), indica una absorción grave de humedad, y la operación de prueba debe detenerse.

En segundo lugar, los transformadores de tipo seco utilizados para aplicaciones de elevación de tensión en centrales eléctricas difieren de los transformadores sumergidos en aceite: no deben operarse con el lado de baja tensión en circuito abierto. Un devanado de baja tensión en circuito abierto podría permitir sobretensiones transferidas, causadas por sobretensiones de conmutación o rayos en el lado de la red, que podrían romper el aislamiento del transformador. Para proteger contra tales sobretensiones transferidas, se debe instalar un conjunto de pararrayos (por ejemplo, pararrayos de óxido de zinc Y5CS) en el lado del bus del transformador.

3.Conclusión
Como equipo clave en los sistemas de transmisión y distribución de energía, los transformadores de tipo seco son cada vez más favorecidos por los usuarios debido a su alta resistencia aislante, fuerte capacidad de soporte de cortocircuitos y ventajas como ser amigables con el medio ambiente, ignífugos, antideflagrantes y sin mantenimiento. Por lo tanto, el personal de instalación debe aplicar métodos profesionales y científicos para completar de manera exhaustiva todo el trabajo preparatorio y abordar y resumir de manera oportuna cualquier problema encontrado durante la instalación para garantizar la operación segura del equipo.